特開 2023-144464 塩基度調整剤及びその製造方法、並びに廃棄物溶融処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023144464

(43)【公開日】2023-10-11

(54)【発明の名称】塩基度調整剤及びその製造方法、並びに廃棄物溶融処理方法

(51)【国際特許分類】

   C10L 5/40 20060101AFI20231003BHJP

   C10L 5/48 20060101ALI20231003BHJP

   C10L 5/44 20060101ALI20231003BHJP

   F23G 5/00 20060101ALI20231003BHJP

   F23G 5/02 20060101ALI20231003BHJP

【ＦＩ】

C10L5/40

C10L5/48

C10L5/44

F23G5/00 115

F23G5/02 E ZAB

F23G5/02 D

F23G5/02 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022051442

(22)【出願日】2022-03-28

(71)【出願人】

【識別番号】306022513

【氏名又は名称】日鉄エンジニアリング株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】506000128

【氏名又は名称】日鉄環境エネルギーソリューション株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100145012

【弁理士】

【氏名又は名称】石坂 泰紀

(72)【発明者】

【氏名】星沢 康介

(72)【発明者】

【氏名】竹尾 浩平

(72)【発明者】

【氏名】松本 和剛

(72)【発明者】

【氏名】村田 明優

【テーマコード（参考）】

3K065

3K161

4H015

【Ｆターム（参考）】

3K065AB03

3K065AC13

3K065AC17

3K065BA05

3K065BA08

3K065BA10

3K065CA03

3K065CA04

3K161BA02

3K161BA08

3K161CA05

3K161DA74

3K161EA41

3K161EA44

3K161EA50

3K161GA03

3K161GA15

3K161JA13

3K161LA22

3K161LA34

4H015AA13

4H015AA17

4H015AA27

4H015AA29

4H015AB07

4H015BB03

4H015BB05

4H015CA03

(57)【要約】

【課題】石灰源又はシリカ源のサイズが微細であっても塩基度の調整に有効利用することが可能な塩基度調整剤を提供すること。
【解決手段】石灰源及びシリカ源の少なくとも一方を含む無機物と、プラスチックと、バイオマスと、を含有する成形体を含み、成形体全体に対するプラスチックの含有率が２０質量％以上且つ５０質量％未満であり、成形体全体に対するバイオマスの含有率が２０質量％以上である、塩基度調整剤を提供する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

石灰源及びシリカ源の少なくとも一方を含む無機物と、プラスチックと、バイオマスと、を含有する成形体を含み、
前記成形体全体に対する前記プラスチックの含有率が２０質量％以上且つ５０質量％未満であり、
前記成形体全体に対する前記バイオマスの含有率が２０質量％以上である、塩基度調整剤。

【請求項2】

前記無機物は前記石灰源を含み、
前記成形体全体に対する前記石灰源の含有率が１０～６０質量％である、請求項１に記載の塩基度調整剤。

【請求項3】

前記無機物は、１ｍｍ以下の粒径を有する粒子を含み、
前記成形体の粒径は５～１００ｍｍである、請求項１又は２に記載の塩基度調整剤。

【請求項4】

前記プラスチックは熱可塑性プラスチックを含み、前記バイオマスは木質系バイオマスを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の塩基度調整剤。

【請求項5】

前記成形体の密度は０．９５ｇ／ｃｍ^３以上である、請求項１～４のいずれか一項に記載の塩基度調整剤。

【請求項6】

石灰源及びシリカ源の少なくとも一方を含む無機物と、プラスチックと、バイオマスと、を含む原料を、１４０～３５０℃に加熱した状態で加圧成形して成形体を作製する工程を有し、
前記原料全体に対する前記プラスチックの含有率が２０質量％以上且つ５０質量％未満であり、前記原料全体に対する前記バイオマスの含有率が２０質量％以上である、前記成形体を含む塩基度調整剤の製造方法。

【請求項7】

廃棄物を溶融炉に装入して溶融する廃棄物溶融処理方法であって、
請求項１～５のいずれか一項に記載の塩基度調整剤を用いて溶融スラグの塩基度を調整する工程を有する、廃棄物溶融処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の一側面は、塩基度調整剤及びその製造方法、並びに廃棄物溶融処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

廃棄物の処理方法として、溶融炉を用いて廃棄物を溶融処理する廃棄物溶融処理方法が知られている。このような処理方法では、溶融炉から溶融スラグが出滓される。溶融スラグに含まれるＳｉＯ_２成分が過剰になると粘性が高くなり、溶融炉からの排出が困難になる。このため、石灰源を供給して溶融スラグの塩基度を調整する技術が知られている。

【0003】

例えば、特許文献１では、溶融スラグの塩基度調整用の石灰源としてＣａＣＯ_３を主成分とする貝殻を溶融炉に装入するに際し、粒径を所定の範囲にすることが提案されている。これによって、溶融炉からの貝殻の飛散とスラグ中における遊離ＣａＯの残留を抑制し、貝殻を塩基度調整剤として有効に利用することが試みられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４－２１６２４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

塩基度調整剤に用いられる石灰源又はシリカ源のサイズを所定の範囲に調整して溶融炉に導入することは、石灰源又はシリカ源を塩基度調整剤として有効利用できるという利点がある。しかしながら、この場合、サイズが下限未満の石灰源及びシリカ源を塩基度調整剤に利用できないという事情がある。そこで、石灰源又はシリカ源のサイズが微細であっても塩基度の調整に有効利用することが可能な塩基度調整剤及びその製造方法を提供する。また、石灰源又はシリカ源のサイズが微細であっても塩基度の調整に有効利用することが可能な廃棄物溶融処理方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）本開示の一側面は、石灰源及びシリカ源の少なくとも一方を含む無機物と、プラスチックと、バイオマスと、を含有する成形体を含み、成形体全体に対するプラスチックの含有率が２０質量％以上且つ５０質量％未満であり、成形体全体に対するバイオマスの含有率が２０質量％以上である、塩基度調整剤を提供する。

【0007】

上記塩基度調整剤は、石灰源及びシリカ源の少なくとも一方を含む無機物を含有する成形体を含む。この成形体は、溶融炉等に導入されると徐々に加熱される。概ね４００℃以下の温度域では、成形体に含まれるプラスチックが軟化又は溶融してバインダとして機能する。これによって、成形体の形状が保持される。４００℃を超えるとプラスチックは分解し、バイオマスに含まれるリグニン等の成分がバインダとして機能する。これによって、成形体の形状が保持される。成形体は所定量のプラスチックとバイオマスを含有することから、常温から高温域に至るまで、その形状を保持することができる。このため、成形体に含まれる石灰源及びシリカ源の少なくとも一方が微細であっても、成形体中に保持されることから、溶融炉等から飛散することが抑制される。したがって、このような成形体を含む塩基度調整剤は、石灰源又はシリカ源が微細であっても塩基度の調整に有効利用することができる。

【0008】

（２）上記（１）において、無機物は石灰源を含み、成形体全体に対する石灰源の含有率が１０～６０質量％であってよい。溶融炉では、溶融スラグの塩基度を調整するための石灰源の使用量が多いことから、プラスチック及びバイオマスとともにある程度の石灰源を含有する成形体は、溶融炉の塩基度調整剤として特に有用である。

【0009】

（３）上記（１）又は（２）の塩基度調整剤において、無機物は、１ｍｍ以下の粒径を有する粒子を含み、成形体の粒径は５～１００ｍｍであってよい。無機物のうち、１ｍｍ以下の粒径を有する粒子は溶融炉において飛散する場合がある。しかしながら、上記塩基度調整剤における無機物は、所定サイズの粒径を有する成形体に含有される。このため、溶融炉において１ｍｍ以下の粒径を有する粒子を含む無機物が飛散することを十分に抑制することができる。また、上述のサイズの成形体であれば、加熱されるとプラスチック及びバイオマスが分解して消失するため、溶融スラグの塩基度調整機能を十分に発揮することができる。

【0010】

（４）上記（１）～（３）のいずれか一つの塩基度調整剤において、プラスチックは熱可塑性プラスチックを含み、バイオマスは木質系バイオマスを含んでよい。熱可塑性プラスチックは概ね４００℃以下の温度で溶融してバインダとしての機能を十分に発揮することができる。木質系バイオマスはリグニンの含有量が高いため、４００℃を超える温度環境下においてもバインダとしての機能を十分に発揮することができる。したがって、熱可塑性プラスチックと木質系バイオマスを含有する成形体は、加熱したときの強度を十分に高く維持することができる。

【0011】

（５）上記（１）～（４）のいずれか一つの塩基度調整剤において、成形体の密度は０．９５ｇ／ｃｍ^３以上であってよい。このような成形体は保形性に優れるため、石灰源又はシリカ源が微細であっても、無機物の飛散を十分に抑制することができる。

【0012】

（６）本開示の一側面は、石灰源及びシリカ源の少なくとも一方を含む無機物と、プラスチックと、バイオマスと、を含む原料を、１４０～３５０℃に加熱した状態で加圧成形して成形体を作製する工程を有し、原料全体に対するプラスチックの含有率が２０質量％以上且つ５０質量％未満であり、原料全体に対するバイオマスの含有率が２０質量％以上である、成形体を含む塩基度調整剤の製造方法を提供する。

【0013】

上記塩基度調整剤は、石灰源及びシリカ源の少なくとも一方を含む無機物を含有する原料を、１４０～３５０℃に加熱した状態で加圧成形して作製される成形体を含む。このような成形体は、溶融炉等に導入されると徐々に加熱される。概ね４００℃以下の温度域では、成形体に含まれるプラスチックが軟化又は溶融してバインダとして機能する。これによって、成形体の形状が保持される。４００℃を超えるとプラスチックは分解し、バイオマスに含まれるリグニン等の成分がバインダとして機能する。これによって、成形体の形状が保持される。成形体は所定量のプラスチックとバイオマスを含有することから、常温から高温域に至るまで、その形状を保持することができる。このため、成形体に含まれる石灰源及びシリカ源の少なくとも一方が微細であっても、成形体中に保持されることから、溶融炉等から飛散することが抑制される。したがって、石灰源又はシリカ源が微細であっても塩基度の調整に有効利用することができる。

【0014】

（７）本開示の一側面は、廃棄物を溶融炉に装入して溶融する廃棄物溶融処理方法であって、副資材が上述の（１）～（５）のいずれか一つの塩基度調整剤を用いて溶融スラグの塩基度を調整する工程を有する、廃棄物溶融処理方法を提供する。

【0015】

上記廃棄物処理方法では、塩基度の調整に上述の（１）～（５）のいずれか一つの塩基度調整剤を用いている。この塩基度調整剤は、石灰源及びシリカ源の少なくとも一方を含む無機物を含有する成形体を含む。この成形体は、溶融炉に導入されると徐々に加熱される。概ね４００℃以下の温度域では、成形体に含まれるプラスチックが軟化又は溶融してバインダとして機能する。これによって、成形体の形状が保持される。４００℃を超えるとプラスチックは分解し、バイオマスに含まれるリグニン等の成分がバインダとして機能する。これによって、成形体の形状が保持される。成形体は所定量のプラスチックとバイオマスを含有することから、常温から高温域に至るまで、その形状を保持することができる。このため、成形体に含まれる石灰源及びシリカ源の少なくとも一方が微細であっても、成形体中に保持されることから、溶融炉から飛散することが抑制される。したがって、微細な石灰源又はシリカ源を塩基度の調整に有効利用することができる。

【発明の効果】

【0016】

石灰源又はシリカ源のサイズが微細であっても塩基度の調整に有効利用することが可能な塩基度調整剤及びその製造方法を提供することができる。また、石灰源又はシリカ源のサイズが微細であっても塩基度の調整に有効利用することが可能な廃棄物溶融処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】塩基度調整剤の製造方法のフローチャートである。

【図2】溶融炉とこれを備える廃棄物溶融処理設備の一例を模式的に示す図である。

【図3】成形体の圧壊強度の測定に用いられる測定装置の模式図である。

【図4】成形体におけるプラスチック（ＰＰ）の含有率と、圧壊強度との関係を示すグラフである。

【図5】成形圧力と成形体の密度との関係を示すグラフである。

【図6】（Ａ）は乾留前の成形体の外観を示す写真であり、（Ｂ）は乾留後の成形体の外観を示す写真である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、場合により図面を参照して、本開示の実施形態を説明する。ただし、以下の実施形態は、本開示を説明するための例示であり、本開示を以下の内容に限定する趣旨ではない。

【0019】

一実施形態に係る塩基度調整剤は、石灰源及びシリカ源の少なくとも一方を含む無機物と、プラスチックと、バイオマスと、を含有する成形体で構成される。本明細書における石灰源は、ＣａＯ及びこれを含有する物質、並びに、加熱するとＣａＯを生じる物質が挙げられる。石灰源の例としては、炭酸カルシウム、炭酸水素カルシウム、生石灰（酸化カルシウム）、消石灰（水酸化カルシウム）、石灰石、鉄鋼スラグ、ドロマイト、セメント、及びフライアッシュ等が挙げられる。なお、取り扱い性及び安全性向上の観点から、石灰源は生石灰を含まなくてよい。

【0020】

本明細書におけるシリカ源は、ＳｉＯ_２又はケイ酸塩を含む物質が挙げられる。シリカ源と例としては、鉄鋼スラグ、珪砂、セメント、及びフライアッシュ等が挙げられる。なお、ＳｉＯ_２又はケイ酸塩と、ＣａＯ又は加熱するとＣａＯを生じる物質との両方を含む物質は、石灰源及びシリカ源の両方に該当する。石灰源及びシリカ源の両方に該当する物質は、石灰源にもなり得るし、シリカ源にもなり得る。本明細書の無機物は、石灰源及びシリカ源の両方に該当する一種又は二種以上の物質を含んでいてもよいし、石灰源及びシリカ源のどちらか一方のみに該当する一種又は二種以上の物質を含んでいてもよい。

【0021】

塩基度調整剤を構成する成形体が無機物を含有することによって、溶融スラグの塩基度を調整することができる。無機物におけるＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比は、溶融スラグの塩基度の調整機能を十分に発揮する観点から、０．５以下又は２以上であってよく、０．３以下又は２．５以上であってもよい。なお、上述のＣａＯ及びＳｉＯ_２の各質量は、無機物に含まれるＣａ成分及びＳｉ成分をＣａＯ及びＳｉＯ_２に換算して求められる。

【0022】

塩基度調整剤の塩基度調整機能を十分に高くする観点から、成形体全体に対する無機物の含有率は５質量％以上であってよく、１０質量％以上であってよく、２０質量％以上であってよく、２５質量％以上であってもよい。塩基度調整剤を構成する成形体の常温から高温までの形状保持性を十分に高くする観点から、成形体全体に対する無機物の含有率は６０質量％以下であってよく、５５質量％以下であってよく、５０質量％以下であってもよい。塩基度調整機能と形状保持性の両方を高水準に維持する観点から、成形体全体に対する無機物の含有率は５～６０質量％であってよい。

【0023】

成形体全体に対する石灰源の含有率は、１０～６０質量％であってよく、２０～５０質量％であってよく、２５～４５質量％であってもよい。溶融炉（廃棄物溶融炉）では、溶融スラグの塩基度を調整するためにＳｉＯ_２よりもＣａＯが必要となる場合が多い。このため、石灰源を含有する成形体は、溶融炉の塩基度調整剤として特に有用である。なお、この石灰源は、ＣａＯ又は加熱するとＣａＯを生成する物質に加えて、ＳｉＯ_２又はケイ酸塩を含んでいてもよい。溶融スラグの塩基度調整機能を十分に高くする観点から、石灰源におけるＣａＯ／ＳｉＯ_２の質量比は１以上であってよく、３以上であってよく、５以上であってもよい。上述のＣａＯ及びＳｉＯ_２の各質量は、石灰源に含まれるＣａ成分及びＳｉ成分をＣａＯ及びＳｉＯ_２に換算して求められる。

【0024】

プラスチックは、熱可塑性プラスチック、熱硬化性プラスチック及びこれらの組み合わせのいずれであってもよい。３００～４００℃付近における形状保持性の観点から、プラスチックは、熱可塑性プラスチックを含んでよい。製造コスト低減の観点から、プラスチック源として、廃プラスチックを用いてよい。プラスチックとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリスチレン、アクリロニトリルスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＰＶＡ樹脂、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、フェノール樹脂等が挙げられる。

【0025】

プラスチックは、概ね４００℃以下の温度域で成形体の形状を保持する機能を有する。プラスチックの含有率が過剰になると、プラスチックが分解することによって生じる空隙が多くなる。４００℃以下の温度域と４００℃を超える温度域での成形体の形状保持性を良好に維持する観点から、成形体全体に対するプラスチックの含有率は２０質量％以上且つ５０質量％未満である。４００℃以下の温度域での形状保持性を一層高くする観点から、成形体全体に対するプラスチックの含有率は２５質量％以上であってよく、３０質量％以上であってもよい。４００℃を超える温度域での形状保持性を一層高くする観点から、成形体全体に対するプラスチックの含有率は４５質量％以下であってよく、４０質量％以下であってもよい。

【0026】

バイオマスは、木質系バイオマス、及び草本系バイオマス等が挙げられる。木質系バイオマスは、樹木のみならず、建設廃材、林地残材、製材工場等から発生する樹皮及びのこ屑、樹木の伐採及び街路樹の剪定のときに発生する枝葉等であってもよい。草本系バイオマスとしては、草類の他に、稲藁、籾殻、麦藁等の農産副産物が挙げられる。上述のバイオマスのうち、リグニンを含むバイオマスが、高温でのバインダとしての機能に優れる。バイオマスに含まれる成分のうち、ヘミセルロースは２００～３００℃で、セルロースは３００～４００℃で熱分解する。これに対して、リグニンは、熱分解温度が２００～９００℃であり、他の成分よりも熱分解温度が高い。このような観点から、バイオマスは、リグニンの含有量が高い木質系バイオマスを含んでよい。バイオマスにおけるリグニンの含有率は、例えば１５～３５質量％であってよい。

【0027】

バイオマスは、４００℃を超える温度域でプラスチックが熱分解した後に成形体の形状を保持する機能を有する。この温度域における成形体の形状保持性を良好に維持する観点から、成形体全体に対するバイオマスの含有率は２０質量％以上である。この温度域における成形体の形状保持性を一層向上する観点から、成形体全体に対するバイオマスの含有率は、２５質量％以上であってよく、３０質量％以上であってもよい。

【0028】

バイオマスの含有率が高くなると、プラスチック及び無機物の含有率が低くなる。４００℃を超える温度域の成形体の形状保持性を高く維持しつつ、４００℃未満の温度域における成形体の形状保持性と塩基度調整機能を向上する観点から、成形体全体に対するバイオマスの含有率は７５質量％以下であってよく、７０質量％以下であってよく、６０質量％以下であってもよい。

【0029】

無機物は、１ｍｍ以下、０．６ｍｍ以下、又は０．４ｍｍ以下の粒径を有する粒子を含んでよい。無機物が石灰源を含む場合、石灰源が１ｍｍ以下、０．６ｍｍ以下、又は０．４ｍｍ以下の粒径を有する粒子を含んでよい。無機物がシリカ源を含む場合、シリカ源が１ｍｍ以下、０．６ｍｍ以下、又は０．４ｍｍ以下の粒径を有する粒子を含んでよい。このように小さい粒径を有する粒子は、反応性に優れる。したがって、溶融スラグの塩基度調整機能を一層高くすることができる。無機物、石灰源及びシリカ源に含まれる上記粒子の粒径の下限に特に制限はなく、例えば、０．０１ｍｍであってよい。

【0030】

バイオマスはチップ状（木質チップ）であってよい。このような木質チップの粒径は、６０ｍｍ以下であってよく、１～５０ｍｍであってよく、３～４０ｍｍであってよい。プラスチックは粒状又は塊状であってよい。このような粒状又は塊状のプラスチックの粒径は、６０ｍｍ以下であってよく、１～５０ｍｍであってよく、３～４０ｍｍであってよい。

【0031】

本明細書において、無機物、石灰源、ケイ素源、バイオマス（木質チップ）、及びプラスチック（プラスチック塊又はプラスチック粒）の各粒径は、それぞれの粒子（チップ又は塊）の各二次元画像に外接する外接円の直径として測定される。なお、粒子（チップ又は塊）を撮像する際の向きによって外接円の直径が異なる場合は、直径の最大値を粒子（チップ又は塊）の粒径とする。

【0032】

塩基度調整剤に含まれる成形体の形状は特に限定されず、円柱形状、球形状、四角柱形状、マセック形状等、種々の形状のものが挙げられる。塩基度調整剤に含まれる成形体の粒径は、５～１００ｍｍであってよい。これによって、溶融炉に装入したときに、飛散量を十分に低減しつつ、塩基度調整機能を十分に発揮することができる。飛散量を一層低減する観点から、成形体の粒径は、１０ｍｍ以上であってよく、３０ｍｍ以上であってよく、５０ｍｍ以上であってもよい。溶融スラグ中に未反応のまま残存する無機物を十分に低減する観点から、成形体の粒径は９０ｍｍ以下であってよく、８０ｍｍ以下であってもよい。

【0033】

本明細書において、塩基度調整剤に含まれる成形体の粒径は、成形体の二次元画像に外接する外接円の直径として測定される。なお、成形体を撮像する際の向きによって外接円の直径が異なる場合は、直径の最大値を成形体の粒径とする。

【0034】

成形体の密度は０．９５ｇ／ｃｍ^３以上であってよく、１．０ｇ／ｃｍ^３以上であってよく、１．１ｇ／ｃｍ^３以上であってよい。このような成形体は、飛散し難く且つ形状保持性に一層優れる。成形体の密度は１．９ｇ／ｃｍ^３以下であってよく、１．６ｇ／ｃｍ^３以下であってもよい。このような成形体は一層優れた塩基度調整機能を有する。本明細書における密度は、ノギスを用いて測定される体積と、秤を用いて測定される質量とから算出される見掛け密度である。

【0035】

塩基度調整剤に含まれる成形体は、溶融炉に装入され加熱されると、概ね４００℃以下の温度域ではプラスチックが溶融してバインダとして機能する。このため粉化が抑制され、成形体の形状が保持される。４００℃を超える温度域になるとプラスチックが分解するものの、バイオマスに含まれるリグニンがバインダとして機能する。このため粉化が抑制され、成形体の形状が保持される。このように、広い温度域で粉化が抑制され形状が保持される。すなわち、この成形体は優れた形状保持性を有する。したがって、石灰源及びシリカ源のサイズが小さくても飛散量が十分に低減され、溶融スラグの塩基度調整剤として有効に機能する。

【0036】

一実施形態に係る塩基度調整剤の製造方法は、石灰源及びシリカ源の少なくとも一方を含む無機物と、プラスチックと、バイオマスと、を含む原料を、１４０～３５０℃の温度範囲に加熱した状態で加圧成形して成形体を作製する工程を有する。原料における無機物（石灰源及びシリカ源）、プラスチック及びバイオマスのそれぞれの種類は、塩基度調整剤の実施形態で説明したとおりである。また、原料全体に対する無機物、プラスチック及びバイオマスの含有率は、塩基度調整剤の実施形態で成形体全体に対する含有率として説明したとおりである。無機物としては、粒状のものを用いることができる。プラスチックとしては、ペレット又は廃プラスチック等の破砕物（プラスチック片）を用いることができる。バイオマスとしては、樹木又は廃材等を破砕して得られる木質チップ等を用いることができる。それぞれの粒径は、成形体に含まれるものと同様であってよい。

【0037】

塩基度調整剤の製造方法の一例は、図１に示すように、石灰源及びシリカ源の少なくとも一方を含む無機物、プラスチック、及びバイオマスを混合する工程と、この工程によって得られる、無機物、プラスチック、及びバイオマスを含む原料（混合原料）を加熱成形して成形体を作製する工程と、当該成形体を冷却する工程と、を有する。

【0038】

無機物、プラスチック、及びバイオマスを含む原料を１４０～３５０℃に加熱することによって、プラスチックが軟化して十分に緻密化した成形体を得ることができる。成形する際の上記温度範囲の下限は、緻密化を一層促進する観点から、１６０℃であってよく、１８０℃であってもよい。成形する際の上記温度範囲の上限は、プラスチックの分解を抑制する観点から、３００℃以下であってよく、２５０℃以下であってもよい。

【0039】

加圧成形する際の圧力（成形圧力）は、十分に緻密化した成形体を得る観点から５ＭＰａ以上であってよく、６ＭＰａ以上であってよく、７ＭＰａ以上であってもよい。成形方法は特に限定されず、加熱しながら成形可能な方法を適宜用いることができる。例えば、ＲＰＦ（Refuse derived paper and plastics densified fuel）成形機を用いてもよく、ホットプレス機を用いてもよい。加熱及び加圧の時間は、２～３０分間であってよく、５～２０分間であってもよい。加熱及び加圧は大気中で行ってもよいし、不活性ガス雰囲気中で行ってもよい。

【0040】

このようにして、溶融炉における溶融スラグの塩基度調整に好適に用いられる、成形体を含む塩基度調整剤が得られる。すなわち、上記成形体は、溶融スラグの塩基度調整用として有用である。なお、塩基度調整剤の製造方法は上述の方法に限定されない。

【0041】

一実施形態に係る廃棄物溶融処理方法は、廃棄物と炭材と副資材とを溶融炉に装入して溶融する廃棄物溶融処理方法であって、上述の成形体を含む塩基度調整剤を用いて溶融スラグの塩基度を調整する工程を有する。この廃棄物溶融処理方法は、例えば図２に示すコークスベッド式の溶融炉４０を備える廃棄物溶融処理設備１００を用いて行うことができる。

【0042】

図２の廃棄物溶融処理設備１００は、コークスベッド式の溶融炉４０と溶融炉４０の上部に設けられた装入装置５０とを備えている。溶融炉４０は、シャフト部４２と該シャフト部４２の下端に設けられる朝顔部４４と、朝顔部４４の下部に設けられる炉底部４６と、を有する。シャフト部４２から炉底部４６には、上から順に、熱分解帯用の上段羽口４５と、燃焼溶融帯用の下段羽口４７とが設けられている。上段羽口４５及び下段羽口４７は、それぞれ複数段で設けられていてもよい。

【0043】

廃棄物、炭材及び副資材は、装入装置５０によって、溶融炉４０に装入される。廃棄物としては、一般廃棄物、産業廃棄物、これらに乾燥、焼却、破砕等の処理を施して得られた焼却灰等の処理物、及び、これらを一度埋め立て処理した後、再度掘り起こした土砂分を含む埋め立てごみ等が挙げられる。副資材は、上述の塩基度調整剤を含んでよい。副資材は、塩基度調整剤の他に、鉄鉱石、マグネシア、ペリクレース、クドカンラン石、及びジャモン石等から選ばれる少なくとも一つを含んでよい。このような副資材を用いることによって、溶融炉４０の内部において、廃棄物４８を十分に溶融させることができる。炭材としては、石炭、コークス又は成型炭等を用いることができる。

【0044】

装入装置５０から溶融炉４０に廃棄物、炭材及び副資材が装入される。下段羽口４７からは酸素又は酸素富化空気が供給され、上段羽口４５からは燃焼支持ガスとして空気が供給される。溶融炉４０に装入された炭材は、下段羽口４７から供給された酸素又は酸素富化空気によって燃焼され熱源として機能する。溶融炉４０に装入された副資材を含む廃棄物４８は、炭材の燃焼によって例えば１６００℃以上にまで加熱されて、熱分解残渣４３となる。熱分解残渣４３は、主に上段羽口４５から供給された空気によって燃焼される。

【0045】

溶融炉４０で生成した熱分解ガスは、シャフト部４２を上昇し、装入装置５０の下部に接続された排ガス管５２から燃焼室へ導入される。燃焼排ガスは可燃ガスとして燃焼された後、ボイラで廃熱回収される。その後、排ガスは、減温塔で温度が調整された後、集塵機及び触媒反応塔を通過して、煙突から排出される。

【0046】

溶融炉４０の内部は、炭材等の燃焼によって温度勾配が生じている。具体的には、溶融炉４０は、上方から下方に向けて乾燥・予熱帯４０ａ、熱分解帯４０ｂ、及び燃焼・溶融帯４０ｃを有する。装入装置５０から溶融炉４０に導入された塩基度調整剤は、廃棄物及び炭材とともに、乾燥・予熱帯４０ａ、熱分解帯４０ｂ及び燃焼・溶融帯４０ｃに、この順に到達する。乾燥・予熱帯４０ａにおいては、塩基度調整剤の成形体に含まれるプラスチックがバインダとして機能する。熱分解帯４０ｂ及び燃焼・溶融帯４０ｃにおいては、塩基度調整剤の成形体に含まれるバイオマスがバインダとして機能する。このようにして塩基度調整剤に含まれる無機物が燃焼・溶融帯４０ｃに到達する。

【0047】

廃棄物４８中の可燃分と塩基度調整剤の成形体に含まれるプラスチック及びバイオマスはガス化して溶融炉４０内を上昇し、排ガス管５２を経由して燃焼室に導入される。一方、灰分は、熱分解残渣４３を経て溶融スラグとなる。塩基度調整剤の成形体に含まれる石灰源及びシリカ源は、溶融スラグの塩基度調整剤として機能する。塩基度が調整された溶融スラグは、炉底部４６のコークス充填層４１を流下して出滓口４９から排出される。

【0048】

溶融炉４０の最高温度は、例えば、燃焼・溶融帯４０ｃにおいて１６００℃以上となってもよい。装入装置５０から装入される塩基度調整剤に含まれる成形体は、溶融炉４０に導入された後、暫くの間、形状を保持することができる。この間、成形体が粉化することが抑制されるため、無機物が飛散することが抑制される。これによって、成形体に含まれる無機物は溶融スラグの塩基度調整剤として十分に機能する。溶融炉４０の出滓口４９から出滓される溶融スラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）が例えば０．７～１．０となるように、装入装置５０から装入される塩基度調整剤の量を調節してもよい。これによって、出滓口４９から、流動性に優れる溶融スラグが排出される。

【0049】

出滓口４９からの溶融スラグの出滓は、連続的に行ってもよいし（連続出滓）、間欠的に行ってもよい（間欠出滓）。間欠出滓の際の出滓の間隔は、例えば３０分間以上であってよく、１時間以上であってもよい。出滓口４９から出滓される溶融スラグは、例えば、冷却水が収容された水砕槽に導入され水砕されてよい。このように、上述の廃棄物溶融処理方法によれば、石灰源又はケイ素源が排ガス管５２から排出されることが抑制され、小さいサイズを有する石灰源又はケイ素源を溶融スラグの塩基度調整に有効活用することができる。また、塩基度調整剤に含まれるプラスチック及びバイオマスは燃料源にもなり得ることから、装入装置５０から装入する炭材の量を低減することができる。

【0050】

以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、廃棄物溶融処理設備の構造及び形状は、図示したものに限定されない。

【実施例0051】

実施例及び比較例を参照して本開示の内容をより詳細に説明するが、本開示は下記の実施例に限定されるものではない。

【0052】

＜粒径による飛散率の変化＞
（比較例１）
円筒体（内径：４４５ｍｍ、長さ：１０００ｍｍ）を、中心軸方向が鉛直方向となるように固定した。円筒体の下部から６００ｍｍの高さに設けた網状の支持体の上に石灰石（粒径：≦０．３ｍｍ）を約１０ｇ載置した。支持体上の石灰石が舞い上がるように、円筒体の中空部において下方から上方に向けて、空気を０．５ｍ／秒の流速で流通させた。空気の流通を開始してから５分経過後に支持体上に残存する石灰の質量（ｗ１）を測定した。この質量（ｗ１）と、空気の流通を開始する前に支持体上に載置した石灰の質量（ｗ０）から、以下の式で飛散率を求めた。
飛散率（％）＝（ｗ０－Ｗ１）／ｗ０×１００

【0053】

空気の流速を１．０ｍ／秒、及び、２．５ｍ／秒に変えて、同様の実験を行い、それぞれの流速における飛散率を求めた。結果は表１に示すとおりであった。

【0054】

（実施例１）
粒状の石灰石（粒径：≦０．３ｍｍ）、廃プラスチック片（粒径：≦３０ｍｍ）、建設廃材を破砕して得られた木質チップ（粒径：≦３０ｍｍ）を、３０質量％：２０質量％：５０質量％の比率で混合して得た原料を、ＲＰＦ成形機で成形して、円柱形状の成形体（直径：約３．５ｃｍ、長さ：約６ｃｍ、体積：約５８ｃｍ^３、密度：１．２５ｇ／ｃｍ^３）を得た。成形の際の温度は１５０℃、成形圧力は５８ＭＰａ、成形時間は２分間、雰囲気は大気中とした。この成形体を用いたこと以外は、実験例１と同様にして各流速における飛散率を求めた。結果は、表１に示すとおりであった。

【0055】

【表1】

【0056】

表１に示すとおり、粒径が０．３ｍｍ以下である石灰石を成形体にすることによって、飛散を抑制できることが確認された。

【0057】

＜成形体の組成による形状安定性の変化１＞
（実施例２～４、比較例２～６）
粒状の石灰石（粒径：≦１．０ｍｍ）、ポリプロピレンのペレット（ＰＰ、粒径：≦３０ｍｍ）、建設廃材を破砕して得られた木質チップ（粒径：≦３０ｍｍ）を準備した。これらを表２に示す質量比率で混合して原料を調製した。この原料を、大気中、ホットプレス装置で成形して、円柱形状の成形体（直径：約４０ｍｍ、長さ：約３０ｍｍ、質量：約４０ｇ）を得た。ホットプレスは、温度１８０℃、成形圧力２０ＭＰａ、成形時間１０分間の条件で行った。得られた成形体の体積はノギスを用いて測定した。この体積と質量とから密度（見掛け密度）を算出した。結果は表２に示すとおりであった。

【0058】

成形体の室温（２０℃）における圧壊強度を測定した。圧壊強度の測定は、図３に示す測定装置１０を用いて測定した。具体的には、架台１８の底板上に配置された支持板１７の上に、測定対象である成形体１６の周面と支持板１７の上面とが接するように、成形体１６を配置した。そして、昇降可能に架台１８に取り付けられた可動板１４を下降させて、成形体１６を可動板１４と支持板１７との間に挟んだ。そして、可動板１４を操作することによって、成形体１６の径方向に荷重を加えた。最終的に成形体１６が破壊した時の荷重から圧壊強度を求めた。結果は、表２に示すとおりであった。

【0059】

成形体の室温（２０℃）における形状保持性と、９００℃、２時間の条件で乾留した後の形状保持性を評価した。評価基準は以下のとおりとした。評価結果は、表２に示すとおりであった。
Ａ：殆ど粉化せず、成形体の形状が十分に保持されている。
Ｂ：粉化が生じており、成形体の形状が十分に保持されていない。
Ｃ：粉化が生じており、成形体の形状が殆ど保持されていない。

【0060】

【表2】

【0061】

表２に示すとおり、石灰石とともに、所定量のポリプロピレン及び木質チップを含む実施例２～４の成形体は、乾留後も形状が十分に保持されていた。また、これらは十分に高い圧壊強度を有していた。一方、木質チップを含まない比較例２、及び木質チップの含有率が低い比較例３，４は、室温下で十分に高い圧壊強度を有していたものの、乾留すると形状を保持できないことが確認された。また、プラスチックを含まない比較例６、及びプラスチックの含有率が低い比較例５は、室温下の圧壊強度が低く、乾留前においても形状を保持できていなかった。

【0062】

＜成形体の組成による形状安定性の変化２＞
（実施例５～７、比較例７～１１）
粒状の石灰石（粒径：≦０．３ｍｍ）を用いたこと以外は、実施例２～４、比較例２～６と同じ手順で成形体を得た。実施例２～４、比較例２～６と同じ手順で成形体の評価を行った。結果は、表３に示すとおりであった。

【0063】

【表3】

【0064】

図４には、表３に示す、成形体全体に対するポリプロピレンの含有率と、圧壊強度との関係を示している。表３及び図４に示すとおり、石灰石とともに、所定量のポリプロピレン及び木質チップを含む実施例５～７（図４のグループ２）の成形体は、高い圧壊強度を有し、乾留後も形状が十分に保持されていた。一方、ポリプロピレンの含有率が高く且つ木質チップの含有率が低い比較例７～９（図４のグループ３）の成形体は、室温下での圧壊強度は高いものの、乾留すると形状を保持できないことが確認された。ポリプロピレンの含有率が低い比較例１０，１１（図４のグループ１）は、室温下の圧壊強度が低く、成形体の形状が十分に保持できていなかった。表２と表３の成形体の圧壊強度を比較すると、表２の成形体の方が高い圧壊強度を有していた。このことは、石灰石の粒径が小さくなると、圧壊強度が低下する傾向にあることを示している。

【0065】

＜石灰源割合の検討＞
（実施例８、比較例１２，１３）
表４に示すとおり、粒状の石灰石と木質チップの配合割合を変更したこと以外は、実施例４と同じ手順で成形体を得た。実施例５～７、比較例７～１１と同じ手順で成形体の評価を行った。結果は、表４に示すとおりであった。表５には、実施例４の結果も再度記載した。

【0066】

【表4】

【0067】

表４に示すとおり、石灰石の配合割合を大きくした場合も、所定量のポリプロピレン及び木質チップを含む実施例８の成形体は、乾留後にも形状を十分に保持できることが確認された。なお、比較例１２は、形状保持性に優れるものの石灰源を含有しないため、塩基度調整剤に該当しない。

【0068】

＜成形圧力の検討１＞
（実施例９～１１）
成形体を作製する際の成形圧力を表５に示すとおりに変更したこと以外は、実施例４と同じ手順で実施例９～１１の成形体を作製した。そして、実施例４と同じ手順でこれらの成形体の評価を行った。結果は、表５に示すとおりであった。表５には、実施例４の結果も再度記載した。

【0069】

【表5】

【0070】

表５に示すとおり、成形圧力を変えても、十分な保形性を維持できることが確認された。

【0071】

＜成形圧力の検討２＞
（実施例１２，１３）
成形体を作製する際の成形圧力を表６に示すとおりに変更したこと以外は、実施例２と同じ手順で実施例１２，１３の成形体を作製した。そして、実施例２と同じ手順でこれらの成形体の評価を行った。結果は、表６に示すとおりであった。表６には、実施例２の結果も再度記載した。

【0072】

（比較例１４，１５）
成形体を作製する際の圧力を表６に示すとおりに変更したこと以外は、比較例３と同じ手順で比較例１４，１５の成形体を作製した。そして、比較例３と同じ手順でこれらの成形体の評価を行った。結果は、表６に示すとおりであった。表６には、比較例３の結果も再度記載した。

【0073】

【表6】

【0074】

表６の実施例１２，１３，２の結果から、成形時の圧力を変えても、成形体の形状を十分に保持できることが確認された。一方、木質チップの含有率が低い比較例１４，１５，３の成形体は、成形時の圧力を大きくすると密度は向上するものの、乾留後に成形体の形状を維持することができなかった。

【0075】

図５は、表５及び表６に示す各実施例及び比較例の成形圧力と成形体の密度との関係を示している。図５中、黒丸はプラスチック（ＰＰ）の含有率が２０質量％のデータであり、白三角はプラスチック（ＰＰ）の含有率が４０質量％のデータであり、黒四角はプラスチック（ＰＰ）の含有率が６０質量％のデータである。図５に示すとおり、プラスチックの比率が過剰（６０質量％、黒四角）になると、成形圧力を上げても成形体の密度はあまり上昇しないことが確認された。

【0076】

＜乾留による形状保持性の評価＞
（実施例１４）
粒状の石灰石（粒径：≦０．３ｍｍ）、廃プラスチック片（粒径：≦３０ｍｍ）、建設廃材を破砕して得られた木質チップ（粒径：≦３０ｍｍ）を、３０質量％：２０質量％：５０質量％の比率で混合して得た原料を、ＲＰＦ成形機で成形して、円柱形状の成形体（直径：３５．０１ｍｍ、長さ：６１．１１ｍｍ、質量：７４．２４ｇ、密度：１．２６ｇ／ｃｍ^３）を得た。成形の際の温度は１５０℃、成形圧力は５８ＭＰａ、成形時間は２分間、雰囲気は大気中とした。室温下における成形体の外観は、図６（Ａ）に示すとおりであった。

【0077】

この成形体を、９００℃、２時間の条件で乾留した。乾留後の成形体の直径は３２．０９ｍｍ、長さは７９．１５ｍｍ、質量は２１．１９ｇ、密度は０．３３ｇ／ｃｍ^３であった。乾留前の質量に対する乾留後の質量の比率は２８．５％であった。この比率から、成形体に含まれていた廃プラスチック片はほぼ消失したものと推察される。また、木質チップの８割程度は揮発し、石灰石は熱分解（ＣａＣＯ_３→ＣａＯ＋ＣＯ_２）によって、二酸化炭素の分、質量が減少したものと推察される。乾留後の成形体の外観は図６（Ｂ）に示すとおりであった。乾留後の成形体は乾留前の形状を十分に保持しており、形状保持性に優れることが確認された。この成形体の形状保持性を上記評価基準で評価すると「Ａ」であった。

【産業上の利用可能性】

【0078】

石灰源又はシリカ源のサイズが微細であっても塩基度の調整に有効利用することが可能な塩基度調整剤及びその製造方法が提供される。石灰源又はシリカ源のサイズが微細であっても塩基度の調整に有効利用することが可能な廃棄物溶融処理方法が提供される。

【符号の説明】

【0079】

１０…測定装置、１４…可動板、１６…成形体、１７…支持板、１８…架台、４０…溶融炉、４０ａ…乾燥・予熱帯、４０ｂ…熱分解帯、４０ｃ…燃焼・溶融帯、４１…コークス充填層、４２…シャフト部、４３…熱分解残渣、４４…朝顔部、４５…上段羽口、４６…炉底部、４７…下段羽口、４８…廃棄物、４９…出滓口、５０…装入装置、５２…排ガス管、１００…廃棄物溶融処理設備。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】